课计算机绘图概论

课计算机绘图概论演示文稿目前一页\总数五十五页\编于四点（优选）课计算机绘图概论目前二页\总数五十五页\编于四点1.1

概述1.基本概念2.什么是计算机图形学3.应用领域4.发展过程第一章2第一章绪论目前三页\总数五十五页\编于四点基本概念：图形图像计算机辅助设计与制造可视化图形显示图形绘制目前四页\总数五十五页\编于四点计算机图形学的定义：是研究通过计算机将数据转化为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。是建立在传统的图学理论、应用数学及计算机科学基础上的一门边缘学科。Whatiscomputergraphics？Chapter13目前五页\总数五十五页\编于四点图形学的应用按照应用领域分类按照图形类型分类Chapter17Application目前六页\总数五十五页\编于四点(1)按照应用领域分类：1.管理、技术2.图形3.动画4.CAD/CAM5.仿真6.过程控制7.艺术与教育8.OAChapter18Application目前七页\总数五十五页\编于四点管理、技术绘制经济数据的数学、物理的2D或者3D图形数据走势图，反应在时间维数上的情况第一章9Application目前八页\总数五十五页\编于四点图片以高精度的地理或其他自然现象的图形—>纸或胶片上。包括地图、地质图、气候图、...Chapter110Application目前九页\总数五十五页\编于四点动画Chapter111Application用计算机可以产生生动的动画效果，可用于艺术创作，模拟真实的环境，或进行飞机、驾驶等训练。目前十页\总数五十五页\编于四点

CAD/CAM设计{元部件：机械、电气、电子设备...系统{结构(建筑物、汽车车身、飞机和船的外壳及内部结构)光学系统电话及计算机网络第一章12Application目前十一页\总数五十五页\编于四点奥迪效果图和线框图Chapter114Application目前十二页\总数五十五页\编于四点仿真科学现象的数学模型(液体流动、相对论、核反应、化学反应、生理系统与器官以及有负载时结构的变形等)Chapter11Application云雾、烟、其他大小形状不同的飞机等特殊景物飞行模拟器：固定环境的景色可用在月球登陆的宇航员(练习登月）、宇宙飞船驾驶员(首航前训练)目前十三页\总数五十五页\编于四点生产控制Chapter117Application利用交互式图形生成技术形成的人机交互系统，实现人与控制或管理对象之间的相互作用。如工厂中的设备、工序控制，机场与铁路的调度等。目前十四页\总数五十五页\编于四点艺术和教育：教学活动第一章18Application蝉（线框图）艺术广告目前十五页\总数五十五页\编于四点OAChapter120Application在办公系统中，很多的数据表示都是采用图形来实现的，能很直观地反应数据情况。目前十六页\总数五十五页\编于四点图形类型:1.线框图形：2Dor3D（nographicsconception，onlyline）,三维带隐生线2.2D彩色或者黑白的平面图形3.实体：图形中包含以及显示了3D数据Chapter121Application目前十七页\总数五十五页\编于四点线框图形and2D彩色图形Chapter122Application目前十八页\总数五十五页\编于四点线框图形和3D实体图形Chapter123Application目前十九页\总数五十五页\编于四点Chapter126Development准备阶段(50~60年代）1950年，MIT采用原理类似于示波器阴极射线管（CRT）作为旋风一号的图形显示器。1958年，滚筒式绘图仪和平板式绘图仪研制成功。50年代末，SAGE空中防御指挥系统采用光笔作为输入设备，标志着交互式图形技术的诞生。目前二十页\总数五十五页\编于四点

计算机图形学的研究起源于麻省理工学院。从50年代初到60年代中，麻省理工学院积极从事现代计算机辅助设计／制造技术的开拓性研究。

1952年在它的伺服构实验室里诞生了世界上第一台数控铣床的原型。

1957年美国空军将第一批三坐标数控铣床装备了飞机工厂。大型精密数控绘图机也同时诞生。接着麻省理工学院发展了APT数控加工自动编程语言，这是目前国际上最通用的加工编程工具。

目前二十一页\总数五十五页\编于四点RapidDevelopmentPhrase （60ageearly~60ageend）大公司纷纷开展图形学科学研究，出现各种系统软件和应用软件。60年代中期出现随机扫描显示器。图形学之父——Ivan.E.SutherlandChapter127Development目前二十二页\总数五十五页\编于四点

1964年孔斯（SteveCoons）在这里提出了用小块曲面片组合表示自由型曲面时使曲面片边界上达到任意高次连续阶的理论方法，此方法得到工业界和学术界的极大推崇，称之为孔斯曲面。孔斯和法国雷诺汽车公司的贝齐埃（PierreBézier）并列被称为现代计算机辅助几何设计技术的奠基人。

第一台光笔交互式图形显示器1962年在麻省理工学院林肯实验室研制成功.

这是Lvan.E.Sutherland以博士论文形式完成的研究课题。

目前二十三页\总数五十五页\编于四点ReduceCostPhrase

（60ageend末~70ageearly）Chapter128Development存储管显示器出现，大大降低图形硬件系统成本。70年代初，出现一批通用的、可移植的软件系统。存储管显示器的结构目前二十四页\总数五十五页\编于四点

IBM公司在1964年秋推出了设计方案，后经过改进，成为IBM

2250显示器。这是IBM计算机上正式提供工业界使用的第一代刷新式随机扫描图形终端。洛克希德飞机公司利用IBM2250开发的CADAM绘图加工系统，成为IBM主机上目前应用最广的CAD／CAM软件。

60年代末、70年代初，美国Tektronix公司发展了存贮管技术，其中Tektronix4014曾经是70年代末CAD和工程分析中应用最广的图形终端。

目前二十五页\总数五十五页\编于四点推广和应用阶段

(70~80年代早期）Chapter129Development光栅扫描显示器得到推广。出现许多新型的图形输入设备， 如各类图形输入板，坐标数字化仪，跟踪球，鼠标器等。GKS、PHIGS等国际标准的建立。光学跟踪球目前二十六页\总数五十五页\编于四点大范围应用阶段

（80年代中~90年代中）Chapter130Development图形工作站的出现，如Apollo,Sun,HP等。SGI

图形工作站目前二十七页\总数五十五页\编于四点标准化智能化阶段（90年代-至今）Chapter131Development微机和软件系统的普及使得图形学的应用领域日益广泛。图形学已经同模式识别、人工智能、数据库等众多领域结合，形成一些交叉学科，如工程数据库、多媒体等。目前二十八页\总数五十五页\编于四点发展过程Chapter132Development五十年代MIT旋风一号，计算机驱动CRT+照相机，SAGE(交互式图形技术诞生)六十年代随机扫描显示器，图形学之父六十年代至七十年代初存储管显示器，应用的软件包光栅扫描显示器，新型的图形输入设备，图形语言标准八十年代至九十年代初图形工作站(Apollo,Sun,Hp)时间特征九十年代至今微机，交叉学科（多媒体等）六十年代至七十年代初目前二十九页\总数五十五页\编于四点第一章计算机图形学绪论Chapter1331.2

计算机图形系统1、一般工作过程2、基本组成目前三十页\总数五十五页\编于四点Chapter134一般工作过程一般工作过程计算机图形系统是一个由软、硬相互结合的有机整体。系统在工作时，由主机执行应用程序，通过图形输入设备、数据库或交互装置读取数据，按一定数据结构组织起来，不断调用事先存储好的图形显示子程序，将处理后得到的数据送往显示处理器，从图形显示器或其它输出设备输出图形。目前三十一页\总数五十五页\编于四点Chapter135一般工作过程示意图数据结构应用程序图形子程序包交互装置主机显示处理器输出通道一般工作过程目前三十二页\总数五十五页\编于四点系统硬件第一章37基本组成显示处理器：重复解释、执行D.F.刷新处理器：存放显示文件交互装置：人机交互工具硬拷贝装置：实现图形永久性输出的装置本地计算机: 生成显示文件

{

图形互换主机:语言的解释或编译，数据库管理等

目前三十三页\总数五十五页\编于四点系统硬件示意图第一章38基本组成交互装置显示器显示处理器本地计算机主机刷新存储器硬拷贝装置目前三十四页\总数五十五页\编于四点系统软件 应用程序:需要执行的指令序列 应用数据结构/模型:全面描述对象的特点 图形系统:完成实际功能,是与硬件的接口第一章39基本组成{目前三十五页\总数五十五页\编于四点第一章40基本组成系统软件示意图数据结构/模型应用程序图形系统输入数据提取数据子程序调用描述物体的机和特征目前三十六页\总数五十五页\编于四点计算机图形学概述第一章411.3

图形输入输出设备一、显示器二、输入设备三、输出设备目前三十七页\总数五十五页\编于四点第一章42显示器刷新式CRT(CathodeRayTube)

（阴极射线管）工作原理电子发射：电子加速，使其具有足够的能量，打落荧光屏上聚焦系统：形成窄电子束 电场光点小(细)复杂 磁场光点大(粗)简单偏转系统： 电场电压(V)与偏转距离(D)成正比 使电子引向屏幕上特定的位量磁场电流(I)与偏转距离(D)成正比亮度：电子量、速度、荧光粉，分别控制灰度、色彩、余辉时间、视觉残留等彩色：层次模式：多层荧光粉，每层的颜色不同细(分辨率高) 平面组合模式：彩色TV技术，无须控制速度粗(分辨率低){{{目前三十八页\总数五十五页\编于四点CRT工作原理图第一章43显示器灯丝控制栅阴极加速系统聚焦系统偏转系统荧光粉涂层目前三十九页\总数五十五页\编于四点第一章44显示器评价标准（指标）分辨率单位距离中可以显示的光点数如每英寸１００线光点直径在屏幕上形成光点的大小，与分辨率成反比，如０.０１英寸重复性从不同的初始位量转向同一位量时，光点的偏离值线形度要求施加在偏转板上的电压与光点在屏幕上移动的距离成线形关系。目前可达１％速度指显示速度，与电子发射机制有关目前四十页\总数五十五页\编于四点第一章45显示器存储管显示器存储表面上形成正电荷。荧光屏图象：只有正电荷的地方，电子才能通过，打在荧光屏上。清屏：把存储表面全变为正电荷，再变成负电荷；但由 于清屏会出现一亮的情况，图象变化时有间断，动 态性不好。特点(相对CRT)(1)不须刷新(无刷新存储器),价格低

(2)可形成复杂图形(无须刷新，不会出 现闪烁现象)缺点：

(1)对比度差(由于荧光粉亮点范围扩大) (2)不能局部删除图形目前四十一页\总数五十五页\编于四点显示器等离子屏幕显示器由一个细小氖泡矩阵组成，由于氖泡有两种状态：开启(点燃)、关闭(熄灭)，且状态可保持。分为

1）前层：垂直导线

2）中层：细小氖泡

3）后层：水平导线第一章48水平网格线（Y向地址）玻璃极板单元垂直网格线（X向地址）观察方向目前四十二页\总数五十五页\编于四点第一章49显示器等离子显示器的优缺点特点

(1)有记忆功能

(2)可动态修改图形缺点

(1)光点大(因气体的泄露),故分辨 率只能达到中等水平(每英寸40点左右) (2)气体辉光和熄灭的过渡时间太长， 约20us,限制图形的生成速度目前四十三页\总数五十五页\编于四点液晶显示器（LCD）显示器第一章50液晶显示器LCD(LiquidCrystalDisplay)是由六层薄板组成的平板式显示器在水平网格x1处加上负电压(-V)，在垂直网格y1处加上正电压(+V),称为触发电压。若-V或－V以及它们的电压都不足够大，晶体分子仍排列成行，入射光也就不能穿过晶体到达尾部极板，从而在(x1,y1)产生黑点。反射层水平极板水平网格线液晶层垂直网格线垂直极板观察方向目前四十四页\总数五十五页\编于四点显示器液晶显示器的优缺点特点

(1)耗能极小

(2)体积小(便携式)缺点:寿命短、怕震动、温度敏感第一章51目前四十五页\总数五十五页\编于四点光栅扫描显示器显示器第一章52显示原理：在X，Y偏转系统上加上恒定扫描频率的讯号，分别称为行扫描和帧扫描。刷新存储器目前四十六页\总数五十五页\编于四点显示器第一章53光栅扫描显示器的优缺点缺点：动态不如随机扫描器好优点：可读性强，可控制亮度与颜色(因为是3位-->1位)目前四十七页\总数五十五页\编于四点光栅扫描显示器显示器第一章54黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中帧缓存是一块连续的计算机存储器。对于黑白单灰度显示器每一象素需要一位存储器，对一个1024×1024象素组成的黑白单灰度显示器所需要的最小缓存为220，并在一个位面上。一个位面的缓存只能存储黑白图形，帧缓存是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因而还需要数模转换器(DAC)。目前四十八页\总数五十五页\编于四点光栅扫描显示器显示器第一章55在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图是一个具有N位面灰度等级的帧缓存。显示器上每个象素的亮度是由N位面中对应的每个象素位置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被翻译成灰度等级，范围是0到2N-1之间。目前四十九页\总数五十五页\编于四点光栅扫描显示器显示器第一章56下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于红、绿、蓝三原色有三个位面的帧缓存和三个电子枪。目前五十页\总数五